Гвинтові вибійні двигуни

Турбобури

Теоретична частина

ВИБІЙНІ ДВИГУНИ

Гідравлічні і механічні параметри турбіни турбобура, залежно від кількості (витрати) рідини, яка протікає через турбіну, характеризуються такими залежностями:

(1.1)

де відповідно швидкість обертання, тиск, момент, потужність турбіни при витраті .

Основні параметри турбіни при зміні густини , прокачуваної через турбіну рідини змінюється прямопропорційно.

. (1.2)

При одній і тій же витраті рідини тиск, момент і потужність пропорційні кількості ступенів турбіни “ ”, а швидкість обертання та кількість ступенів зв'язані таким співвідношенням:

; (1.3)

. (1.4)

Часткові рівняння подібності для перерахунку індивідуальної характеристики турбіни при зміні витрати та густини рідини мають такий вигляд:

(1.5)

де , , , , , – відповідно швидкість обертання, крутний момент, перепад тиску, потужність, густина та витрата промивальної рідини за характеристикою турбобура;

, , , –перераховані швидкість обертання, крутний момент, перепад тиску та потужність при заданих густині та витраті .

Користуючись паспортними даними турбобурів можна визначити значення характеристичних параметрів турбіни турбобура за потужністю , крутним моментом , перепадом тиску та швидкістю обертання за такими формулами:

(1.6)

Враховуючи рівняння (1.6) залежності (1.5) можна записати так:

(1.7)

Залежності між моментом та швидкістю обертання турбіни турбобура мають такий вигляд:

, (1.8)

де - гальмівний момент

- швидкість обертання вала на холостому ході.

Перевантаження турбобура може призвести до його зупинки. Тому необхідно обмежувати навантаження на долото.

Осьове навантаження на шарошкове долото з умови нормальної роботи турбобура визначають за формулою:

(1.9)

де - момент турбобура, Нм;

момент, який не залежить від питомого навантаження на долото, Нм;

- для доліт з негерметизованими опорами;

- для доліт з герметизованою опорою;

гідравлічне навантаження на осьову опору турбобура;

де середній діаметр каналів турбіни, м;

відповідно перепад тиску в турбобурі та долоті, Па.

де –зовнішній діаметр турбобура, м;

–вага обертових деталей турбобура, Н;

де – вага турбобура, Н;

– коефіцієнт тертя в осьовій опорі;

=0,075-0,085 – для гумово-металевих опор;

=0,015-0,016 – для опор кочення;

–приведений радіус тертя, м;

,

де відповідно зовнішній і внутрішній радіуси поверхні тертя, м;

Наближено приведений радіус тертя можна визначити за формулою:

,

– питомиймомент на долоті, м;

де – діаметр долота, м;

– швидкість обертання турбобура (долота), радіан.

Правило знаків у формулі (1.9) таке:

Якщо - беруть верхні знаки (мінус),

Якщо - беруть нижні знаки (плюс).

Швидкість обертання долота при турбінному способі є величина змінна і залежить від осьового навантаження на долото. Швидкість обертання валу турбобура при заданому осьовому навантаженні на шарошкове долото визначають за формулою:

(1.10)

де –навантаження, яке діє на осьову опору, Н;

– гальмівний момент турбобура, Нм.

Робочий момент на турбобурі при заданій швидкості обертання та осьовому навантаженні на долото можна визначити за формулою:

(1.11)

Правило знаків у формулі (1.11) таке ж як і у формулі (1.9).

При використанні для буріння свердловин твердосплавних, алмазних, полікристалічних алмазних (PDC) доліт у формулах (1.9 – 1.1) величина відсутня .

Витрата промивальної рідини впливає на гідравлічне навантаження турбобура і як, наслідок, осьове навантаження на долото, яке визначають з умови нормальної роботи турбобура. Крім того, витрата рідини впливає на швидкість обертання, яка може бути більшою, ніж визначена з умови необхідного часу контакту зуба долота з породою.

Ступінь зменшення (або збільшення) витрати “ ” визначають за формулою:

, (1.12)

де –задана витрата промивальної рідини, м³/с;

– витрата, яка необхідна для умови рівності моментів, м³/с;

(1.13)

Гвинтовий вибійний двигун є гілравлічна вибійна машина роторного типу. Це означає, що швидкість обертання не залежить від зовнішнього завантаження гвинтового двигуна, а момент визначається перепадом тиску.

Значення швидкості обертання, моменту і перепаду тиску при збільшенні витрати ростуть майже лінійно, а потужність зростає за залежністю, близького до квадратичної:

(1.14)

У деяких керівних документах із застосування прогресивної технології низькообертового буріння гвинтовими вибійними двигунами (Д3-172, Д4-172, Д5 -172) наведені такі залежності швидкості обертання, перепаду тиску та моменту від витрати прокачуваної рідини на різних режимах роботи.

Режим холостого ходу:

(1.15)

Робочий режим:

(1.16)

Гальмівний режим:

(1.17)

Дата добавления: 2017-02-01; Просмотров: 100; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!